一种配电网多功能电力元件及其控制方法与流程

本发明涉及一种配电网多功能电力元件及其控制方法。

背景技术：

配电网是直接和用户联系的环节，随着我国智能电网的建设，配电网的电能质量得到越来越多的关注，同时新能源的高效率利用也是智能配电网建设的重要组成部分。

近年来，随着电弧炉、轧钢机、电动机车等在电力系统中的大量应用，电网的不平衡问题日益严重，电网不对称时会对电力设备的运行产生严重威胁，比如发电机、变压器等会产生机械振动。

电力系统中的元件主要是感性的，在运行中需要消耗无功功率，当无功功率远距离传输时会产生较大的损耗，为了避免这种情况，合理的方法是在需要消耗无功功率的地方就地发无功功率。

电力电子设备的大量应用给电网注入了大量谐波，谐波会使电能的生产、传输和利用效率下降，加速设备绝缘老化，缩短使用寿命，甚至引发故障或者设备损坏。谐波也会使继电保护误动作、电能计量出现偏差等问题，因此有必要对其进行抑制。

新能源发电系统并网方式主要有集中式和分布式两种，分布式接入方式因运行灵活、可有效提高新能源的利用率，将在配电网中得到广泛应用。

综上分析，在配电网中研究具有不平衡治理、无功补偿、谐波治理、分布式电源接入等多种功能的配电网电力元件具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种配电网多功能电力元件及其控制方法，用于配电网的不平衡治理、无功补偿、谐波治理和分布式电源接入。

为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种配电网多功能电力元件，采用三相桥式变流器作为主电路，通过控制电路实现不平衡治理、无功补偿、谐波治理、分布式电源接入功能；所述控制电路包括直流母线电压外环以及正负序dq轴电流环。

进一步的，三相桥式变流器由6个IGBT和6个二极管构成。

进一步的，控制电路对电网电压和电流进行正负序分离，通过派克变换得到电网电压和电流的正负序dq轴分量，将负序电流的dq轴分量作为负序电流环的参考值，根据有功功率和无功功率计算得到正序电流dq轴分量的参考值，从而变流器发出的无功功率等于负荷消耗的无功功率，变流器发出的负序电流等于负荷电流中含有的负序分量，此时电网电流三相对称且功率因数为1。

进一步的，当配电网存在谐波时，控制电路通过测量电网的谐波电流并通过派克变换得到dq轴分量，将dq轴谐波分量作为电流指令，使谐波得到完全补偿，从而消除配电网中的谐波。进一步的，当电网中含有分布式电源时，将分布式电源接入变流器的直流侧，实现分布式电源的并网。

一种配电网多功能电力元件的控制方法，包括：

首先控制电路对电网电压和电流进行正负序分离，然后进行派克变换，求得正负序电压和电流的dq轴分量，分别为：将作为负序电流环的参考值，然后通过式(1)求得正序电流环的参考值。

其中p0为有功功率的平均值，q0为无功功率的平均值。此时变流器发出的无功功率等于负荷消耗的无功功率，变流器发出的负序电流等于负荷电流中含有的负序分量，电网电流三相对称且功率因数为1。

进一步的，当负荷电流中存在谐波时，对负荷电流中的谐波分量进行派克变换，得到谐波电流的dq轴分量并作为电流环的参考值，从而使变流器发出的谐波完全补偿负荷电流中的谐波，消除电网电流中谐波。

进一步的，当电网中含有分布式电源时，将分布式电源接入变流器的直流侧，实现分布式电源的并网。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明采用三相桥式变流器作为主电路，配电网，通过控制电路实现不同的功能。其控制电路主要由直流母线电压外环以及正负序dq轴电流内环构成。首先对电网电压和电流进行正负序分离，通过派克变换得到电网电压和电流的正负序dq轴分量，将负序电流的dq轴分量作为负序电流环的参考值，根据有功功率和无功功率计算得到正序电流dq轴分量的参考值，从而实现配电网的不平衡治理和单位功率因数运行。当低压侧中存在谐波时，通过测量电网的谐波并获得电流指令，使谐波得到完全补偿，从而消除中压侧的谐波；当电网中含有分布式电源时，接入变流器的直流侧，从而实现分布式电源的并网。

【附图说明】

图1为配电网多功能电力元件接入示意图；

图2为配电网多功能电力元件控制框图。

【具体实施方式】

下面结合附图对配电网多功能电力元件做进一步说明。

请参阅图1所示，本发明是一种配电网多功能电力元件，采用三相桥式变流器作为主电路，通过控制电路实现不同的功能。其控制电路主要由直流母线电压外环以及正负序dq轴电流环构成4个电流环。

本发明一种配电网多功能电力元件的控制方法：

首先对电网电压和电流进行正负序分离，通过派克变换得到电网电压和电流的正负序dq轴分量，将负序电流的正负序分量作为负序电流环的参考值，根据有功功率和无功功率计算得到正序电流dq轴分量的参考值，从而实现配电网的不平衡治理和单位功率因数运行。当低压侧中存在谐波时，通过测量电网的谐波并获得电流指令，使谐波得到完全补偿，从而消除中压侧的谐波；当电网中含有分布式电源时，接入变流器的直流侧，从而实现分布式电源的并网。

本发明一种配电网多功能电力元件的主电路见附图1中的虚线框。电容C并联于直流母线侧，6个IGBT和6个二极管构成三相桥式变流器，开关器件的编号为S1、S2、S3、S4、S5、S6，通过滤波器实现并网，滤波器的等效阻抗为R和L。

本发明一种配电网多功能电力元件的控制电路如附图2所示。主要包括直流母线电压外环以及正负序电流dq轴分量组成的4个电流环。

本发明的控制过程为：

首先对电网电压和电流进行正负序分离，然后进行派克变换，求得正负序电压和电流的dq轴分量，分别为：将作为负序电流环的参考值，然后通过式(1)求得正序电流环的参考值。

其中，上标为P代表正序，上标为N代表负序；分别为正负序电压的d轴和q轴分量；分别为正负序电流的d轴和q轴分量；p0为有功功率的平均值，q0为无功功率的平均值。

此时表示a、b、c三相，表示电网电流，表示变流器的输出电流，表示负荷电流，因为变流器发出的无功功率等于负荷消耗的无功功率，变流器发出的负序电流等于负荷电流中含有的负序分量，从而电网电流三相对称且单位功率因数为1。

本发明中负荷电流中存在谐波时，对负荷电流中的谐波分量进行派克变换，得到谐波电流的dq轴分量并作为电流环的参考值，从而使变流器发出的谐波完全补偿负荷电流中的谐波，消除电网电流中谐波。

本发明中当电网中含有分布式电源时，可将分布式电源接入变流器的直流侧(ab端口)，从而实现分布式电源的并网。